近日，美國專利商標局發布了蘋果公司的一項專利申請，涉及改善在各種可穿戴設備（Apple Watch、智能眼鏡、HMD）以及未來的 iPhone、iPad 和車輛、家用電器、門鎖、機器人等一系列其他設備中使用健康傳感器的靈敏度、功能、精確度、速度和可靠性。

該專利申請中描述的實施例涉及使用可穿戴設備中的傳感器確定用戶健康參數的可穿戴設備、系統和方法。在某些實施例中，一個或多個光學傳感器被放置在手表、智能手機、袖口、耳機、智能眼鏡、XR 頭顯或其他設備上，可用于測量用戶的健康指標。

例如，心率和外周血氧飽和度（SpO2）可以使用紅外線（IR）、紅色和綠色發光二極管（LED）進行測量。在其他實施例中，非光學傳感器，如壓電或聲學傳感器，也可用于測量健康指標，并可以啟用連續或按需健康指標測量或監測。

非光學傳感器很有趣，因為它們有可能降低超出光學傳感器的功耗要求，這可能是有利的，因為消費品通常在尺寸、電池壽命等方面面臨挑戰。設備功耗要求的任何降低都有利于延長設備在電池充電之間的使用，和/或使設備能夠以更小尺寸或重量的電池運行。

此外，兩個或多個壓電聚偏氟乙烯（PVDF）傳感器和/或聲學傳感器可以集成到可穿戴設備中，并用于獲取健康傳感的相關信號。可穿戴設備可以是手表、手機、耳機、眼鏡、平板電腦、睡眠產品（如床內傳感器墊）、袖套（如血壓袖帶）、胸帶等。

這種安排的工作原理是測量生理健康參數，并拒絕影響與生理健康參數相關的信號的無關外部干擾。這使得外部噪聲干擾可以被衰減，從而提高信噪比（SNR），并與光學傳感器相比，在低功耗下實現局部微振動傳感。健康指標信息可以在減去外部干擾因素（例如噪音）后從感應到的信號中提取。在某些實施例中，對獲得的信號進行過濾，以確定用戶的心率（HR）、呼吸率、微振動的存在等。在某些實施例中，設備中可能包含多種類型的傳感器，以改善信噪比和/或降低功耗。

提高信號質量的相關傳感器包括麥克風、壓電 PVDF 傳感器、電容式間隙傳感器、應變儀、加速器和加速度計。此類傳感器可能會增加測量生理健康參數的傳感帶寬、靈敏度、信噪比、動態范圍或線性度。此類傳感器可用于獲取用戶的 HR、球形心電圖（BCG）/地震心電圖（SCG）、呼吸運動、肺部聲音等，可以使用地震心電圖測量用戶的呼吸頻率。這種傳感器可能不太容易受到身體汗水、環境聲學噪聲、運動偽影等的影響。在某些實施例中，此類傳感器可能是光學傳感的伴侶，并可能根據光學信噪比而打開或關閉。

在蘋果公司的專利圖 1B 和 1C 中，可穿戴設備（#100：Apple Watch）中傳感器系統可能包括多像素 PVDF、應變或電容式間隙傳感器#130、#132、#134 和 #136，嵌入后蓋#114 或周圍（例如，在第二個后蓋部分#114-2 周圍），以測量交流（AC）肺和心臟信號。

這種安排可以通過多位置傳感器安排測量和降低外部噪音，用于測量部分凝血活酶時間（PTT）、呼吸率（RR）或心率（HR）。這種多像素排列還可用于檢測 Apple Watch 是否佩戴和/或佩戴時手表的松緊度，或檢測用戶皮膚與手表之間的接觸質量，或檢測手表的任何旋轉、傾斜或方向。

蘋果公司的上述專利圖 1C 說明了一個新的多像素傳感器正在添加到未來的 Apple Watch 表帶中。

蘋果的專利圖 2 說明了 iPhone 的透視前視圖，該 iPhone 具有用于確定用戶健康參數和替代生物認證傳感器的傳感器。據蘋果公司稱，這些傳感器也可以應用于家庭門鎖、恒溫器、冰箱或其他家用電器、車輛導航系統、機器人導航系統、iPad 等。

在某些實施例中，例如圖 3，用戶可以佩戴一對可穿戴設備#300，其形式為獨立的耳機。在這些實施例中，可以測量用戶頭部兩側（例如每只耳朵）特有的環境和/或生理信號。

在這些實施例中，嵌入每個可穿戴設備#300 或外殼#308 中的準確時鐘/晶體可用于同步和對齊從不同可穿戴設備或外殼的傳感器#314 獲得的時間戳和/或時間序列測量。

例如，傳感器#314 產生的信號變化時間可以指示空氣運動（例如，壓力變化或聲學傳播）。作為另一個例子，這可以通過使用與用戶接觸的溫度傳感器（例如，傳感器#314）測量兩只耳朵之間的熱通量（例如，嵌入用戶每個耳朵或用戶頭部兩側外殼#308 表面的柔性熱電堆傳感器）來測量兩只耳朵之間的溫度，并推斷用戶的核心體溫。

蘋果的專利圖 4 說明了另一個可穿戴設備#400 的透視前視圖，該示例具有用于確定可穿戴設備#400 用戶健康參數的傳感器。可穿戴設備#400 可以是一副眼鏡、智能眼鏡等。

在蘋果公司的專利圖 4 中，多像素傳感器系統#416 可能包括安裝在可穿戴設備#400 上的第一個傳感器#422 和第二個傳感器#424。在非限制性實施例中，第一個傳感器被配置為檢測與用戶生理測量相關的振動、運動或輻射變化，并根據生理測量生成第一個信號。

第二傳感器被配置為感知可穿戴設備環境中的機械波，并生成第二個信號，該信號可以用作測量和拒絕外部噪聲干擾源的參考。在某些實施例中，第 1 和第 2 個傳感器都可以連接到監控用戶活動或健康狀況的控制器#426。

審核編輯 ：李倩